鬧德海水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核分析評(píng)價(jià)

(遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局， 遼寧 阜新 123000)

1 總體情況

鬧德海水庫(kù)位于遼寧省彰武縣滿堂紅鎮(zhèn)境內(nèi)，與內(nèi)蒙古自治區(qū)庫(kù)倫旗接壤，水庫(kù)總庫(kù)容2.17億m3，控制流域面積4051km2。自建庫(kù)以來(lái)沖淤變化較大，水庫(kù)淤積主要發(fā)生在正常蓄水位181.50m以下，其中汛期限制水位174.00m，相應(yīng)庫(kù)容由2002年920萬(wàn)m3銳減到2014年的620萬(wàn)m3，減少了32.6%；183.00m以上隨水位提高，庫(kù)容有不同程度的增大，防洪作用有所提高。根據(jù)水利部《水庫(kù)大壩安全鑒定辦法》規(guī)定，大壩安全鑒定應(yīng)在首次鑒定后每6～10年進(jìn)行一次，作為2005年距今第一次大壩安全鑒定工作的重要組成部分，水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核顯得尤為重要[1]。

鬧德海水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水采用1983年遼寧省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院編制的《柳河流域綜合治理規(guī)劃報(bào)告》成果，其后于1989年、1993年和2000年分別進(jìn)行了三次復(fù)核分析，最近一次復(fù)核資料用至1996年，至今已有20年洪水資料未列入設(shè)計(jì)洪水復(fù)核計(jì)算中，在水庫(kù)沖淤變化較大、近年庫(kù)區(qū)淤積嚴(yán)重和水文資料系列不斷延長(zhǎng)等多重因素影響下，按照《水庫(kù)大壩安全鑒定辦法》要求，亟待進(jìn)行第四次水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核分析。

2 水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水

2.1 設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

2.1.1 洪水資料

鬧德海水庫(kù)為大(2)型水庫(kù)，已運(yùn)行70余年，應(yīng)采用流量資料推求設(shè)計(jì)洪水[2]。設(shè)計(jì)洪水包括設(shè)計(jì)洪峰流量、不同時(shí)段設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線三個(gè)要素。鬧德海水庫(kù)洪水資料采用的年限為1930年、1938年、1939年、1942年、1949年、1956—2015年，系列長(zhǎng)度64年。由于水庫(kù)庫(kù)容沖淤變化較大，用水庫(kù)水文要素資料還原的洪水資料精度較差，因此鬧德海水庫(kù)的各年洪峰和洪量是根據(jù)水庫(kù)上游3個(gè)入庫(kù)站的實(shí)測(cè)水文資料同時(shí)段流量疊加法求得[3]。洪峰流量考慮區(qū)間流量增加可與河槽調(diào)蓄削峰影響相互抵消，故未做修正；設(shè)計(jì)洪量取值考慮了區(qū)間面積來(lái)水的因素，分別按最大24小時(shí)、最大3日、5日定時(shí)段統(tǒng)計(jì)求得。1963年洪水為1820年以來(lái)最大，通過(guò)頻率分析，確定重現(xiàn)期為138年一遇，實(shí)測(cè)系列按連續(xù)系列排頻。具體做法為首先用矩法計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)初估值，用適線法求出洪水頻率曲線，然后在頻率曲線上求得相應(yīng)于設(shè)計(jì)頻率的設(shè)計(jì)洪峰和各統(tǒng)計(jì)時(shí)段的設(shè)計(jì)洪量[4]。計(jì)算成果見表1。

表1 鬧德海水庫(kù)復(fù)核設(shè)計(jì)洪水成果

2.1.2 鬧德海水庫(kù)原設(shè)計(jì)洪水成果與復(fù)核設(shè)計(jì)成果分析

該次復(fù)核設(shè)計(jì)洪水成果與原設(shè)計(jì)洪水成果列于表2。

表2 鬧德海水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果對(duì)比

由表2可以看出，設(shè)計(jì)洪峰流量的均值復(fù)核成果小于原設(shè)計(jì)成果，Cv值大于原設(shè)計(jì)成果，P=0.1%～2%各頻率設(shè)計(jì)洪峰流量復(fù)核成果大于原設(shè)計(jì)成果；由于復(fù)核與原設(shè)計(jì)洪量的統(tǒng)計(jì)時(shí)段不同，而原設(shè)計(jì)洪水的一次設(shè)計(jì)洪量相當(dāng)于3.5日設(shè)計(jì)洪量，復(fù)核洪水的3日設(shè)計(jì)洪量與其相比略小，復(fù)核設(shè)計(jì)洪水5日洪量與原成果在P=0.1%～1%各頻率洪量減幅在7%～9%之間。

由以上分析可知，該次復(fù)核的設(shè)計(jì)洪水峰量總體上均小于原設(shè)計(jì)成果。若復(fù)核洪水小于原設(shè)計(jì)洪水，仍采用原設(shè)計(jì)洪水[1]，故采用原設(shè)計(jì)成果作為鬧德海水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果。

2.2 水庫(kù)調(diào)洪演算

2.2.1 調(diào)洪運(yùn)用方式

鬧德海水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用方式共經(jīng)歷4個(gè)階段，即建庫(kù)—1969年為滯洪攔沙運(yùn)用階段，1970—1994年為冬蓄春放、汛期(6—9月)敞排運(yùn)用階段；1995—2000年為冬蓄春放、主汛期7—8月敞泄運(yùn)用階段；2001年至今為全年蓄水、汛期洪水敞泄運(yùn)用階段。2001年洪水調(diào)度原則為6月1日—9月20日，壩前水位控制在汛限水位174.00m以下，當(dāng)入庫(kù)流量小于100m3/s時(shí)，出庫(kù)流量等于入庫(kù)流量；當(dāng)入庫(kù)流量大于100m3/s時(shí)，立即全開泄流設(shè)備泄洪。

2.2.2 調(diào)洪計(jì)算

對(duì)多泥沙河流上的水庫(kù)，淤積比較嚴(yán)重的，要采用淤積后實(shí)測(cè)成果[1]。調(diào)洪計(jì)算采用2015年水位—庫(kù)容關(guān)系曲線、2001年以來(lái)調(diào)度運(yùn)用方式及相應(yīng)洪水調(diào)度原則，泄洪建筑物—泄量關(guān)系采用2015年新修訂的《鬧德海水庫(kù)調(diào)度工作手冊(cè)》中相應(yīng)成果。該次計(jì)算不考慮氣象預(yù)報(bào)，水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果見表3。

表3 水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算成果

由于水庫(kù)大壩上游峽谷段以上區(qū)域兩岸植被逐年減少、農(nóng)業(yè)耕地面積不斷向河道延伸等原因引起水土流失，導(dǎo)致相同壩前水位條件下水庫(kù)庫(kù)容逐年增大，使表3中設(shè)計(jì)洪水和校核洪水壩前水位分別比原設(shè)計(jì)水位低1.49m和1.46m。調(diào)洪最大下泄流量分別為3055m3/s和4891m3/s，可以在現(xiàn)有泄流設(shè)備下安全下泄。

2.3 設(shè)計(jì)洪水復(fù)核成果

根據(jù)大壩設(shè)計(jì)階段洪水計(jì)算的水文資料和運(yùn)行期延長(zhǎng)的水文資料進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水復(fù)核和調(diào)洪計(jì)算結(jié)果，鬧德海水庫(kù)工程100年一遇設(shè)計(jì)洪水位為188.07m，相應(yīng)庫(kù)容為1.339億m3，較原設(shè)計(jì)水位189.56m低1.49m；1000年一遇校核洪水位為191.65m，相應(yīng)庫(kù)容為2.174億m3，比原校核洪水位低1.46m。因此確定該次復(fù)核100年一遇設(shè)計(jì)洪水位為188.07m，相應(yīng)庫(kù)容為1.339億m3；1000年一遇校核洪水位為191.65m，相應(yīng)庫(kù)容為2.174億m3。

3 水庫(kù)抗洪能力復(fù)核

3.1 壩頂超高復(fù)核

壩頂應(yīng)高于水庫(kù)最高靜水位，壩頂上游防浪墻頂?shù)母叱虘?yīng)高于波浪頂高程，其與正常蓄水位或校核洪水位的高差，可由式(1)計(jì)算。應(yīng)選擇兩者中防浪墻頂高程的高者作為最低高程，并取整[5]。

Δh=h1%+hz+hc

(1)

式中 Δh——防浪墻頂至正常蓄水位或校核洪水位的高差,m；

h1%——波高,m；

hz——波浪中線至正常蓄水位或校核洪水位的高差,m；

hc——安全超高，按規(guī)范表中數(shù)據(jù)采用。

經(jīng)計(jì)算，防浪墻頂至正常蓄水位的高差Δh1為0.782m，防浪墻頂至校核洪水位的高差Δh2為0.876m。

鬧德海水庫(kù)正常蓄水位181.5m，校核洪水位為191.65m，取整后的防浪墻頂最低高程為193.00m，水庫(kù)現(xiàn)狀壩頂高程194.00m大于防浪墻頂最低高程，滿足規(guī)范要求。

3.2 泄洪建筑物安全復(fù)核

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—2014)中的有關(guān)規(guī)定，鬧德海水庫(kù)永久性水工建筑物工程等別為Ⅱ級(jí)，按照山區(qū)、丘陵區(qū)確定其防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇設(shè)計(jì)，1000年一遇校核，主要建筑物級(jí)別為2級(jí)，次要建筑物級(jí)別為3級(jí)。鬧德海水庫(kù)在181.50m高程設(shè)開敞式溢流堰，151.00m高程設(shè)5個(gè)排沙底孔，163.00m高程設(shè)2個(gè)排沙中孔、底孔和中孔均安裝了平板鋼閘門作為工作閘門，采用一門一臺(tái)固定卷?yè)P(yáng)機(jī)式啟閉機(jī)啟閉，所有閘門均可在任何水位下啟閉，閘門提升高度已超過(guò)校核洪水位。因此，泄洪建筑物能夠滿足相應(yīng)頻率設(shè)計(jì)洪水來(lái)臨時(shí)安全下泄的要求。

4 結(jié)論與建議

由設(shè)計(jì)洪水復(fù)核成果可知，設(shè)計(jì)洪水峰量均小于原設(shè)計(jì)成果，洪水調(diào)節(jié)計(jì)算后的特征水位也比原設(shè)計(jì)水位低，根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL 258—2000)要求采用原設(shè)計(jì)洪水，故原設(shè)計(jì)的大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)洪水不需要修改。

經(jīng)壩頂超高和泄洪建筑物安全復(fù)核分析，水庫(kù)大壩的實(shí)際抗洪能力可以滿足國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范要求，出現(xiàn)最大泄量時(shí)可以安全下泄。

由于鬧德海水庫(kù)泥沙淤積量大，為使水庫(kù)具有規(guī)范規(guī)定的抗洪能力，在定期安全鑒定時(shí)必須進(jìn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)核，以確保水庫(kù)運(yùn)行安全。

[1] 遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局. 大壩安全鑒定及批復(fù)[Z].阜新，2005.

[2] SL 258—2000 水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

[3] 遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 遼寧省鬧德海水庫(kù)除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)[Z].遼寧，2005.

[4] 葉守澤，詹道江.工程水文學(xué)[M]. 北京:中國(guó)水利水電出版社, 2007：240-241.

[5] NB/T 35026—2014 混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2014.